岩石力学及断层动力学分析

煤矿岩石物理力学性质分析

本文通过对岩石物理力学性质的全面试验分析研究，得到岩石基本物理力学性质参数以及岩石在干燥状态下、自然状态下、饱和状态下的单轴抗压强度，及软化系数，弹性模量和泊松比。试验结果表明含水量对岩石的抗压强度有着很重要的影响，吸水后的抗压强度明显低于自然状态下的抗压强度，弹性模量和泊松比与抗压强度有着一定的关系。

标签： 岩石；物理性质；力学性质

1 前言

目前各项经济建设事业取得了极大的发展，同时，也遇到了许多与工程地质及岩土力学密切相关的技术难题。如特殊的区域性构造地质、松散破碎复杂岩基、高地应力作用下的软岩、水工隧洞群之间的相互受力作用、高陡岩坡的持续稳定等等工程建设中遇到的十分突出的问题。岩石是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定規律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。掌握岩石物理力学性质，对我们更好的研究岩石带给人们的利与弊是很有益处的[1，2]。

岩石在煤矿的开采过程中起着非常重要的作用，在煤矿开采检查井中，岩石的物理力学性质的数据是工程有效进行的必备数据，本文通过辽宁某煤矿勘察煤层顶底板煤样进行物理力学性质试验分析研究，为后续开采提供有力的数据支持。

2 试验样品、仪器和内容

将岩石试样加工成φ50*100mm的圆柱体标准试件，直径允许变化范围为48～52mm，高度允许变化范围95～105mm。试件两端面不平行度不应大于0.05mm。把试件放在水平检测台上，边移动边用百分表测定试件的高度，其最大值和最小值的偏差应控制在0.05mm以内。

试件上下端直径偏差不应大于0.3mm。轴向偏差不应大于0.25。

2.2试验仪器

液压式万能试验机WE-10B。测量范围0-100kN，精度±1%。

静态电阻应变仪YJ-35。

2.3物理性质试验

岩石物理性质包括颗粒密度、块体天然密度、块体干燥密度、含水率、吸水

性试验。

a.颗粒密度采用水中称量法。

b.块体密度采用量积法。

第ｌ４卷第１Ｏ期　２０１４年１Ｏ月　鸡西大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＪＩＸＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．１４　Ｎｏ．１０　０ｃｔ．２０１４　

文章编号：１６７２—６７５８（２０１４）１０—００３８—４　

常见岩石力学破坏准则的研究分析　

王成武　

（淮阴工学院建筑工程学院，江苏淮安２２３００１）　

摘要：屈服和破坏是岩土工程中最基础也是最为重要的问题，在岩土工程的安全评价、设计等相关研究中，　用破坏准则判别破坏模式以及对安全性进行评价。在对几种常用的岩石力学强度理论进行分类比较的基础上．　希望能应用强度准则更准确地解决工程实际问题。　关键词：屈服；破坏准则；强度理论　中图分类号：ＴＵ４５２　文献标识码：Ａ　

作为近代以来发展的一门新型基础学科，岩石力学具　

有很强的应用性和实践性。其应用范围涉及与岩石工程相　

关的如采矿、土木建筑、水利水电、地质、石油等众多行业领　

域。在各种复杂应力状态下，岩石材料的屈服和破坏规律　

理论，称之为岩石的强度理论。　自该学科产生以来，对岩　

石强度准则或破坏判据的研究一直是岩石力学研究的热点　

问题之一。　

在岩石力学发展的１００多年中，很多科学家提出了许　

多有价值的强度准则。但是到目前为止，一种“放之四海而　

皆准的”带有普遍适用性的强度准则还没有被提出，不同的　强度准则都有各自的优缺点、应用范围和适用条件。ｌ２　所　

以，在工程实践中，应该针对不同的岩石问题，分析不同强　

度准则的适用性和精确度，这样才能保证研究的客观性和　

科学性。　

１　几种常见的强度理论的表述及分析　

１．１　Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ强度理论。　

１．１．１基本表述。　

１７７３年，法国科学家库伦提出的一种“内摩擦”准则认　

为，剪切破坏是岩石的主要破坏形式，岩石的强度由两部分　

构成，一是岩石自身抵抗剪切的黏结力Ｃ；二是剪切破坏面　上由法向应力引起的摩擦阻力盯ｔａｆｌ（ｐ。１９００年，莫尔（Ｍｏ．　

ｈｒ）将该理论从双向应力状态推广到三向应力状态。平面　

岩石力学

1.岩石与岩体的区别和联系？答：岩石是矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。岩体，是指一定工程范围内的自然地质体，它经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹（不整合、褶皱、断层、层里、节理、劈理等不连续面。岩体=岩块+结构面。岩石和岩体的重要区别就是岩体包含若干连续面，岩体的强度远低于岩石强度。

2.简述岩石力学的研究内容和方法？研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质②岩石和岩体的本构关系③工程岩体的应力、变形和强度理论④岩石室内实验⑤岩体测量和工程稳定监测。研究方法：采用科学实验、理论分析与工程紧密结合的方法。

3.岩石的物理性质指标主要有哪些？它们是如何定义的？

答：质量密度（单位体积的质量）；重度（单位体积的重量）；相对密度（岩石的干重量除以岩石的实体积所得的量与1个大气压下4摄氏度的纯水的重度的比值）；孔隙率（孔隙体积与总体积百分比）；孔隙比（孔隙体积与固体的体积之比）；含水率（天然状态下岩石中水的重量与岩石烘干重量的百分比）；吸水率（干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重百分比）；饱水率（岩样在强制状态（真空、煮沸、高压）下，岩样的最大吸水重量与岩样烘干重量的百分比）；渗透性（在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力）；膨胀性（岩石浸水后体积增大的性质）；崩解性（岩石与水相互作用时失去黏结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能）；软化性（岩石与水相互作用时强度降低的特性）；抗冻性（岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性）。岩石容重：单位体积的岩石的重量分为天然容重、饱和容重、干容重。

4简述岩石在单轴压缩条件下的变形、破坏特征并说明原因(论述)？分为四段：①孔裂隙压密阶段：应力-应变曲线呈上凹形，其斜率随应力增加而逐渐增大，包含永久变形；原因：试件中原有微裂隙在压应力作用下逐渐闭合。②弹性变形至微破裂稳定发展阶段，特征：曲线呈近似直线，有线弹性、塑性变形；原因：岩石变形到A点，原生裂隙压密过程已完成，之后是岩石实体的线弹性变形，到B点达到了弹性极限，出现新的微破裂，并随应力增加而逐渐发展，当荷载保持不变时微破裂也停止发展。③非稳定破裂发展阶段，特征：曲线呈下凹状，在C点之后显示应变软化，岩石将产生不可逆的塑性变形；原因：在C点之后试件内新的裂隙不断发生，原生裂隙继续扩展，众多裂隙相互贯穿，岩石成为碎块结构。

1 《岩石力学》复习资料

1.1 简述岩石与岩体的区别与联系。

答:岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体,力学性质可在实验室测得；岩体是指由背诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面切割的岩块组成的集合体，力学性质一般在野外现场进行测定，因此更接近岩体的实际情况，反映岩体的实际强度。

1.2 岩体的力学特征是什么？

答：（1)不连续性：岩体受结构面的隔断,多为不连续介质，但岩块本身可作为连续介质看待；

（2)各向异性：结构面有优先排列位向的趋势,随着受力岩体的结构趋向不同力学性质也各异；

(3）不均匀性：结构面的方向、分布、密度及岩块的大小、形状和镶嵌状况等在各部位都很不一致，造成岩体的不均匀性；

（4)岩块单元的可移动性：岩体的变形破坏往往取决于组成岩体的岩石块单元体的移动,这与岩石块本身的变形破坏共同组成岩体的变形破坏；

（5）力学性质受赋存条件的影响：在一定的地质环境中，岩体赋存有不同于自重应力场的地应力场、水、气、温度以及地质历史遗留的形迹等。

1.3 岩石可分为哪三大类?它们各自的基本特点是什么?

答：（1）岩浆岩：由岩浆冷凝形成的岩石，强度高、均匀性好；

（2）沉积岩：由母岩在地表经风化剥蚀后产生，后经搬运、沉积

2 和结硬成岩作用而形成的岩石,具有层理构造，强度不稳定，且具有各向异性；

（3）变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受高温、高压及化学活动性流体的影响发生变质而形成的岩石.力学性质与变质作用的程度、性质以及原岩性质有关。

1.4 简述岩体力学的研究任务与研究内容。

研究任务：①建模与参数辨别;②确定试验方法、仪器与信息处理；③现场测试；④实际应用；

研究内容：①岩石与岩体的物理力学性质(岩石的物质组成和结构特征，岩石的物理、水理性质，岩块在不同应力状态作用下的变形和强度特征,结构面的变性特征和强度参数的确定等）;②岩石和岩体的本构关系(岩块的本构关系，岩体结构面分类和典型结构面本构关系,岩体的本构关系）；③工程岩体的应力、变形和强度理论（岩体初始应力测量及分布规律，岩体中应力、应变和位移计算，岩体破坏机理、强度理论和工程稳定性维护与评价）：④岩石(岩块）室内实验（室内实验是岩石力学研究的基本手段）;⑤岩体测试和工程稳定监测（岩体原位力学实验原理和方法，岩体结构面分布规律的统计测试,岩体的应力、应变、位移检测方法及测试数据的分析利用,工程稳定准则和安全预测理论与方法)。